用UC3845BN设计超宽输入电压开关电源

用UC3845BN设计超宽输入电压开关电源

 原理详细说明
功能指标

(1) 技术指标:
输入电压:90~600VAC
输出电压、电流:+5V/1A、+12V/1A
(2) 电路组成
输入保护电路、EMI抑制电路、输入整流滤波电路、压腔振荡器电路、直流变换电路、输出整流电路、反馈取样电路。
(3)由于使用压腔振荡器电路,因此能实现输入电压比为1:6:6非常宽的范围,能满足一些特殊工程上的要求,如电能表电源等。
(4)电路简单,成本低、性能稳定可靠,非常适合于制作小功率开关电源。

电路说明

电路设计:
一、 基本技术参数
输出功率:PO=5.0V×1.0A+12.0V×1A=17W
直流输入电压
Uin(min)=1.414×90=127VDC
Uin(max)=1.414×600=854VDC
最大平均输入电流:Iin-ave(max)=PO/(η×Uin(min))=17/(0.8×127)=167mA(设转换效率为80%)
峰值电流:IPK=5.5PO/127=0.74A(设最高工作频率为140KHz)
二、 变压器设计
由于最高输入直流电压为854VDC,考虑到绕线窗口面积与绝缘关系,本设计采用中心截面积为30.5mm2的EE30磁芯。
变压器一次电感:
LP=(Uin(min)×Dmax)/(IPK×f)=(127×0.5)/(0.74×140)=613uH(设Dmax=0.5)
最低输入电压时的磁通密度Bmax=3500/(2×1.414)=1237G
最小空气隙为:
Lpri=(δmax×Uin(min))/(IPK×f)=0.5×127/(0.82×140)=533Uh
变压器必须加空气隙,最大AL值是100mT/1000T.
变压器一次电感需要的匝数:Npri=1000(Lpri/AL)1/2=74.4≈74匝

二次侧的12V是叠加5V上的,对控制IC来说为辅助控制,用超快恢复整流二极管,匝数为
Nsec=(Uout+Ufwd)(1-δmax)×Npri/(δmax×Uin(min))=7.5≈8匝
5V绕组匝数:N(+5)=(5+0.5)×8/12.9=4匝

计算变压器输出电压的误差总量与实际需要的输出电压是:+5V、+5.0V、+12V、+10.1V,整流后的电压降。
因此对+12V来说,由原来的8匝加到9匝,这样一来整流的输出电压可达到11.5V。因输出电压很高,因此变压器的一次与二次的绝缘要求非常高:
1、对漏电安全要特别考虑(绕线宽度要小于窗口宽度);
2、850V输入高压通过一次线圈,隔离电压能在一次绕组与绝缘材料之间引起放电,绝缘材料必须把临近的绕组安全包围;
3、占空比的决定:占空比愈大二次匝数愈少,一次匝数愈多,造成漏感ACR、DCR都增大,因此在设定占空比时并非愈大愈好,但是占空比过小,高压时磁通密度更大,磁损增加;整流管反压增加,变压器利用率下降;
4、在取得最佳匝数后,应反推△B。
5、气息加大,磁损增加。因为气隙越大,磁滞曲线越向两边延展,此时能量传输区大了,但是磁损也加大了。
三、 输出滤波电容设计
因是一个可变频率系统,考虑到对输出纹波的要求,故所计算的滤波电容值要按最低频率的要求来配置,输出电容的值取决于输出电流的要求,+5V与+12V的输出电容要根据最大输出电流的要求,计算方法:
CO=IO/(feat(min)×Uripple(max))=1/(70×0.1)=142uF。
分别选两颗100uF的电解电容并联(C11与C12、C13与C14)
四、 电压反馈环路设计
由原理图可见,IC1(UC3845)内部的误差放大器没用到,反向输入端直接接地,因此输出一直为高电平,仅使用了二次侧TL431A的误差放大器,通过光耦把信号传递到一次侧。光耦的集电极直接接IC1的1脚对电源进行控制,它采集了工作频率与峰值电流给IC1内部的误差放大器,通过IC1的控制直接对开关管的占空比进行调整。3.3V的稳压管在输入高压时提升振荡器的控制电压。光耦的工作电流控制在5mA,外接电阻R11连接在UCC于压腔振荡器VCO输入端之间,电阻值的设定不能使光耦进入饱和状态。
R11=(12-3.3)/5=1740Ω选1.8KΩ。
光耦MOC8102的Ctrr(传输比)是100%,LED的电流选为6mA(5mA给R10,1mA给IC1的1脚)。光耦的最小增益是30%,考虑裕量选为8mA,流过光耦LED的电流值有R20来限定R20=5-(UU3+ULED/8)=138Ω,选120Ω,
TL431A的小取样电阻决定了基准端(Uref)的工作电流,在此选1mA,因此R21=Uref/Isense=2.5/1=2.5KΩ(选2.49KΩ±1%)。
如果输出电压发生变化时,需极快地通过取样回路反馈给控制端并及时的进行调整。+5V的输出电压通常供给对电压要求不高的负载。因此,TL431A的上取样电压70%选自+5V输出端,30%选自+12V输出端。取样电阻的选择如下:
+5V:R22=(5-2.5)/(0.7×1)=3.57KΩ(±1%)
+12V:R19=(12.2-2.5)/(0.31)=32.3KΩ取32.4KΩ±1%

http://www.10000intel.com/news/10/268.html